用于河道水质检测的便携式物联网网关的制作方法

1.本实用新型属于物联网网关技术领域，尤其是涉及一种用于河道水质检测的便携式物联网网关。


背景技术：

2.随着我国经济的快速发展，以及人民生活水平的不断提高，工农业废水和生活污水的排放量逐年增加，使得城市河道受到了严重的污染。据研究，城市河道污染主要来源于生活污水、工业废水、农业废水及雨水4个方面。城市河道严重污染带来的水环境恶化问题不仅影响着城市的正常发展，对城市居民的健康和城市生态安全也构成了严重威胁。解决城市河道水质污染问题，恢复河道的生态功能和社会功能，已成为确保城市可持续发展的关键。
3.河道水质在线监测是水资源保护工作的重点任务，通过自动在线监测仪器对水质进行无人值守实时监控，并利用现代信息技术、网络技术等主流技术进行数据采集、传输和存储，及时、准确地掌握水质状况和动态变化，是预防污染、水质预警的最重要的手段之一。水质在线监测系统体现了水环境监测技术手段的科学化和现代化，对环境保护决策部门及时做出有效水污染防治和管理等方面均有重要的意义。
4.水质监测工程主要包括三个部分，水质传感器、服务器和用于将水质传感器的监测数据上传给服务器的物联网网关。水质传感器用于对河道水质的自动采样，主要实现污染因子的监测。监测数据包括ph、总磷、溶氧、电导率、浊度、uv-cod、氨氮等参数，数据通过物联网网关传输到监控中心服务器平台，由服务器平台基于监测数据对河道水质进行评价，确定其是否受到污染，及污染物性质及程度，以便监管部门及时采取有效措施。
5.目前，河道水质检测装置都固定设置在一个岸边控制箱，控制箱安装时需要征用土地，接入电源电缆，土建工程时间较长，费用也不低，在一些需要临时或短期检测水质的河道，该方式应用并不经济。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种用于河道水质检测的便携式物联网网关。
7.为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：
8.一种用于河道水质检测的便携式物联网网关，包括网关外壳，所述的网关外壳内具有用于将水质传感器的监测数据上传至服务器的网关主体，所述的网关外壳上具有用于连接牵引物的牵引部，且所述的网关外壳上具有连接于所述网关主体的用于连接水质传感器的传感器接口。
9.在上述的用于河道水质检测的便携式物联网网关中，所述的牵引部包括位于网关外壳顶端的至少两个贯穿孔；
10.至少两个贯穿孔周向且均匀布置于网关外壳的顶端边缘。
11.在上述的用于河道水质检测的便携式物联网网关中，所述的网关外壳包括外壳本体和外壳上盖，所述的外壳本体与所述的外壳上盖一体成型；
12.或者外壳上盖通过卡扣/螺栓连接方式安装在外壳本体上，且外壳上盖与外壳本体之间具有密封圈。
13.在上述的用于河道水质检测的便携式物联网网关中，所述的网关主体包括电路板及为电路板供电的供电模块，所述的传感器接口连接于所述的电路板。
14.在上述的用于河道水质检测的便携式物联网网关中，所述的网关外壳呈柱状结构；
15.所述的电路板安装在所述网关外壳内顶部；所述的供电模块包括一蓄电池，且供电模块安装在网关外壳内底部；
16.所述的容纳上盖12向外延伸有接口安装部，所述的传感器接口为防水接头，所述的容纳上盖12上具有贯通于接口安装部与网关外壳内部空间的通孔，且传感器接口安装在接口安装部处，通过通孔连接至所述的电路板。
17.在上述的用于河道水质检测的便携式物联网网关中，所述的外壳本体呈从下至上依次由方柱结构、圆台结构和圆柱结构构成的柱状结构；
18.所述的外壳本体内位于所述的供电模块和电路板之间具有留空空间。
19.在上述的用于河道水质检测的便携式物联网网关中，所述的电路板包括cpu模块、通讯模块和电源电路，所述的cpu模块连接于所述的通讯模块和传感器接口，所述的电源电路连接于所述的供电模块以及所述的cpu模块、传感器接口和通讯模块以为所述的cpu模块、通讯模块和连接在传感器接口处的水质传感器供电。
20.在上述的用于河道水质检测的便携式物联网网关中，所述的电路板还包括连接于所述cpu模块的实时时钟、蜂鸣器、温湿度检测模块和串行flash存储器；
21.所述的通讯模块包括蓝牙模块和4g无线模块；
22.所述的传感器接口包括分别连接于所述的cpu模块的电流检测接口、电压检测接口、rs485通讯接口和脉冲/开关检测接口。
23.在上述的用于河道水质检测的便携式物联网网关中，所述的电源电路包括分别连接于供电模块的4g模块电源电路、传感器电源电路和cpu电源电路，且所述cpu电源电路的输出端连接有蓝牙模块电源电路，所述的4g模块电源电路用于为4g无线模块供电，cpu电源电路用于为cpu模块供电，传感器电源电路用于为水质传感器供电，且传感器电源电路的输出端连接于传感器接口的供电口，蓝牙模块电源电路用于为蓝牙模块供电。
24.在上述的用于河道水质检测的便携式物联网网关中，所述的电路板还包括连接于所述cpu模块的磁控开关。
25.本实用新型的优点在于：提供一种用于河道水质检测的便携式网关，适用于临时或短期检测水质问题的场景，与传统水质检测方案在整个水质检测需求下形成互补，传统水质检测方案用于需要长期进行水质检测的场景，本方案用于短期临时场景，大大降低这些临时短期场景水质问题的检测成本，消除临时短期场景下投入与回报的两难顾虑。
附图说明
26.图1为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的结构示意图；
27.图2为图1中a部分的透视图；
28.图3为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的内部结构示意图；
29.图4为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的俯视图；
30.图5为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的仰视图；
31.图6为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的 cpu模块电路图；
32.图7为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的蜂鸣器电路图；
33.图8为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的实时时钟电路图；
34.图9为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的 4g模块电路图；
35.图10为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的蓝牙模块电路图；
36.图11为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的传感器接口4电路图；
37.图12为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的cpu电源电路图；
38.图13为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的4g模块电源电路图；
39.图14为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的传感器电源电路图；
40.图15为本实用新型用于河道水质检测的便携式物联网网关的蓝牙模块电源电路图。
41.附图标记，网关外壳1；外壳本体11；外壳上盖12；接口安装部13；网关主体2；电路板21；供电模块22；牵引部3；贯穿孔31；传感器接口4；磁控开关5。
具体实施方式
42.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
43.如图1-5所示，本实施例公开了一种用于河道水质检测的便携式物联网网关，包括网关外壳1，网关外壳1内具有用于将水质传感器的监测数据上传至服务器的网关主体2，网关外壳1上具有用于连接牵引物的牵引部3，且网关外壳1上具有连接于网关主体2的用于连接水质传感器的传感器接口4。
44.网关外壳1包括外壳本体11和外壳上盖12，外壳本体11与外壳上盖12可以一体成型；或者，外壳上盖12通过卡扣/螺栓连接方式安装在外壳本体11上，且外壳上盖12与外壳本体11之间具有用于防止水渗进网关外壳1内的密封圈。
45.具体地，网关主体2包括电路板21及为电路板21供电的供电模块22，供电模块22包括一蓄电池。容纳上盖12向外延伸有接口安装部13，传感器接口4为防水接头，容纳上盖12上具有贯通于接口安装部13与网关外壳1内部空间的通孔，且传感器接口4安装在接口安装部13处，通过通孔连接至电路板21。
46.牵引部3包括位于网关外壳1顶端的至少两个贯穿孔31，且至少两个贯穿孔31周向且均匀布置于网关外壳1顶端边缘，用于连接牵引绳，本装置设计成便携方式，使用电池供电，设备无需安装，使用时简单投放到河道中，通过牵引绳牵引避免水流冲走即可。
47.进一步地，外壳本体11呈从下至上依次由方柱结构、圆台结构和圆柱结构构成的柱状结构，容纳上盖12连接在圆柱结构远离圆台结构的一端。电路板21安装在网关外壳1内顶部，供电模块 22安装在网关外壳1内底部，投入使用时，电路板21可以通过卡扣方式安装在外壳上盖12内或外壳本体11内。网关外壳1内位于供电模块22和电路板21之间具有留空
空间。设计成头轻脚重方式，电池安装在网关外壳1下方，壳体中间大部分留空，电路板21贴近外壳顶部安装，外壳本体11呈由截面积依次增大的三部分构成。该方式有利于当网关放置在河道时，可保持垂直状态，外壳重量的设计保证设备放置于河道时基本处于没顶状态，可利于隐藏，防止部分人为破坏。
48.进一步地，容纳上盖12向外延伸有接口安装部13，传感器接口4为防水接头，容纳上盖12上具有贯通于接口安装部13与网关外壳1内部空间的通孔，传感器接口4安装在接口安装部13 处，且通过通孔连接至电路板21，电路板21可以通过接线方式连接于传感器接口4，也可以通过插针等方式连接于传感器接口4。
49.具体地，如图6-15所示，电路板21包括cpu模块、通讯模块和电源电路，以及连接于cpu模块的实时时钟、蜂鸣器、温湿度检测模块和串行flash存储器，实时时钟为数据提供精确的时间保证，温湿度检测模块能够检测网关内的温湿度，及时发现温湿度异常情况，如进水异常等，蜂鸣器可以用于在出现异常情况时发出警报声。cpu模块连接于通讯模块和传感器接口4，电源电路连接于供电模块22以及cpu模块、传感器接口4和通讯模块以为cpu模块、通讯模块和连接在传感器接口4处的水质传感器供电。
50.如图6所示，本实施例cpu模块采用stm家族超低功耗的arm 芯片stm32l476，该芯片最低的休眠功耗可低至小于200ua,非常适合于电池供电的场合。
51.如图9和图10所示，通讯模块包括蓝牙模块和4g无线模块。蓝牙模块和4g无线模块可以共用一根天线，天线可以内置于网关外壳1内，也可以外置于网关外壳1外。蓝牙模块用于本地短距离与手机通讯，提供本地数据采集及设备参数设置等。4g无线模块采用tb26模组，tb26是一款高性能、低功耗的nb-iot模块，通过nb-iot无线电通信协议3gpp rel.13和3gpp rel.14*； tb26模块可与网络运营商的基础设备建立通信，tb26提供丰富的外部接口(串口、adc*、usb等)和协议栈 (udp/tcp/mqtt/lwm2m等)，同时也支持中国移动onenet、中国电信iot、华为oceanconnect以及阿里云等物联网云平台，从而能够担任将传感器的监测数据上传至服务器的任务。为了防止上传数据被修改及截取，本方案的tb26内嵌mqtt加密算法。
52.具体地，如图11所示，传感器接口4包括分别连接于cpu 模块电流检测接口、电压检测接口、rs485通讯接口和脉冲/开关检测接口。电流检测接口、电压检测接口通过高精度魔术转换芯片u2连接于cpu模块。传感器接口4提供了2路4-20ma电流检测，2路0-5v电压检测，1路rs485通讯，2路脉冲或开关检测，能够满足几乎所有水质传感器的通讯接口要求。
53.进一步地，如图12-15所示，电源电路包括分别连接于供电模块22的4g模块电源电路、传感器电源电路和cpu电源电路，且cpu电源电路的输出端连接有蓝牙模块电源电路，4g模块电源电路用于为4g无线模块供电，cpu电源电路用于为cpu模块供电，传感器电源电路用于为水质传感器供电，且传感器电源电路的输出端连接于传感器接口4的供电口，蓝牙模块电源电路用于为蓝牙模块供电。电源采用多个通道独立控制，各路电源仅在其对应的部分需要参与工作时独立开启，如需要传感器进行检测时可以独立开启传感器电源，需要将监测数据上传时，可以独立开启4g 模块电源和cpu电源，能够有效降低功耗。
54.进一步地，本网关大部分时间处于低功耗休眠状态，仅在需要时采用自动或手动方式唤醒。自动唤醒方式用于定时主动采集传感器参数及上传服务器，手动方式一般用于本地数据采集和参数设置等。并且，电路板21还包括连接于cpu模块的由干簧管实现开关的
磁控开关5，用于实现手动方式，用户在手动操作时使用磁棒控制磁控开关5的开闭，实现无接触按钮操作，使整机呈现为无按钮设计，保证了设备的高防水性能。
55.本方案所提供的用于河道水质检测的便携式物联网网关具有小巧实用、携带方便，使用简单，结构合理等优点，满足临时、短期场景的检测需求。
56.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
57.尽管本文较多地使用了网关外壳1；外壳本体11；外壳上盖 12；接口安装部13；网关主体2；电路板21；供电模块22；牵引部3；贯穿孔31；传感器接口4；磁控开关5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。